CH648593A5 - Apparatus for the production of biogas by anaerobic fermentation of biomass - Google Patents

Description

  
 

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   PATENTANSPRUCH
Apparat zur Herstellung von Biogas durch bakterielle, anaerobe Fermentation von Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem beheizbaren, auf dem Boden feststehenden oder in den Boden eingelassenen Fermenterteil (1) mit einem abgeschrägten Boden, welcher von einem Sockel (11) durchstossen ist und der luftdicht damit verbundenen und auf und ab beweglichen Gasglocke (2) besteht, und wobei der Fermenterteil mit einer Leitung für die Zufuhr von Biomasse (12) und mit einer Pumpe (8), ferner mit einem ringförmig um den Fermenterteil liegenden Überlaufwehr, welches einen Ringkanal (4) bildet, dessen Boden leicht geneigt ist und dessen unterster Teil in eine Leitung mit einem Syphon (5) ausläuft und mit einer durch den Hahn (9) verschliessbaren Abzapfleitung (7) für das erhaltene Biogas versehen ist, und wobei die Gasglocke (2) in ihrem Inneren Gasleit-Einbauten enthält,

   welche aus einem oder mehreren trichter- oder wendelförmigen Leitblechen (3) sowie einer oder mehreren Lochplatten (6) und einem zusätzlichen Gewicht (10) bestehen.



   Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur Herstellung von Biogas durch bakterielle, anaerobe Fermentation von Biomasse. Das Biogas besteht meist zu circa    aus aus Methan und 1 aus Kohlendioxyd und hat einen ho-    hen Heizwert.



   Dieser Prozess wird in den meisten Kläranlagen, vor allem in Kommunalen Kläranlagen, bei der Ausfaulung des Schlammes bereits angewendet und findet neuerdings zunehmendes Interesse in der Landwirtschaft bei der Jauchefermentation.



   Bis heute wurde diese Art der Jauchefermentation in der Regel in beheizbaren, isolierten Fermentern durchgeführt, welche mit einer Pumpe für die Speisung mit Biomasse, einem Rührwerk für die Umwälzung der Masse und das Aufbrechen der aus festen Abfällen bestehenden Schwimmdecke, des weiteren mit einer Austragsvorrichtung für die fermentierte Masse (meistens einem Überlauf) und mit einem Gasbehälter für die Speicherung des Gases vor dem Verbrauch ausgerüstet sind.



   Dabei stellt die Zerstörung der Schwimmdecke und die Entfernung der Schwimmdecken-Bruchstücke das Hauptproblem dar. Die Schwimmdecke besteht zum wesentlichen Teil aus in der Jauche befindlichem, faserrigem Pflanzenmaterial, hauptsächlich Strohresten. Man hat dieses Problem bis jetzt auf folgende Art und Weise zu lösen versucht:  - Verzicht auf Einstreuung von Stroh und Gras in den Stall oder Eintragung von zerhacktem Strohmaterial, was bei der Viehhaltung natürlich sehr nachteilig ist, oder  - Zerhacken der Frischjauche vor ihrer Fermentation oder  - vorgängiges Abtrennen der Schwimmdecke von der Frischjauche durch Zentrifugieren oder  - Aufreissen der Schwimmdecke mittels Rührer im Fermenter.



   Eine ähnliche Schwimmdecke entsteht auch, wenn anstelle von Jauche Biomasse pflanzlicher Herkunft eingesetzt wird.



   Es ist leicht ersichtlich, das alle diese zusätzlichen Massnahmen bzw. nötigen Apparate kosten-, energie- und wartungsintensiv sind und oft zu   Betriebsunterbrüchen    führen.



   Die genannten Probleme werden nun auf einfache Art und Weise durch Anwendung des erfindungsgemässen Apparates gelöst. Dabei wird, einzig mit Hilfe der durch die Biogasbildung entstehenden Energie, d.h. ohne äussere Einwirkung von Maschinen, die Schwimmdecke fortlaufend zerstört und deren Bruchstücke werden störungsfrei entfernt.



   Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Aparat. Er besteht aus einem beheizbaren, auf dem Boden feststehenden oder in den Boden eingelassenen Fermenterteil 1 mit einem abgeschrägten Boden, welcher von einem Sockel 11 durchstossen ist, und der luftdicht damit verbundenen und auf und ab beweglichen Gasglocke 2 wobei der Fermenterteil mit einer Leitung für die Zufuhr von Frischjauche 12 und mit einer Pumpe 8, ferner mit einem ringförmig um den Fermenterteil liegenden Überlaufwehr, welches einen Ringkanal 4 bildet, dessen Boden leicht geneigt ist und dessen unterster Teil in eine Leitung mit einem Syphon 5 ausläuft und mit einer durch den Hahn 9 verschliessbaren Abzapfleitung 7 für das erhaltene Biogas versehen ist, und wobei die Gasglocke 2 in ihrem Inneren Gasleiteinbauten enthält,

   welche aus einem oder mehreren trichter- oder wendelförmigen Leitblechen 3 sowie einer oder mehreren Lochplatten 6 und einem zusätzlichen Gewicht 10 bestehen.



   Der erfindungsgemässe Apparat kann aus den verschiedenartigsten Materialien bestehen, welche gegen die verwendete Biomasse, speziell gegen Jauche und Gase, resistent sind, wie Beton, Stahl oder Kunststoff oder Kombinationen dieser Materialien. Bevorzugtes Material ist glasfaserverstärkter Kunststoff für Apparate, die frei auf dem Boden stehen und eventuell Beton für teilweise oder ganz in den Boden versenkte Fermeterteile. Der Fermenterteil sollte gegen Wärmeverluste genügend isoliert und circa 300 mm über dem Boden mit z.B. einer Heizschlange aus Stahlrohr versehen sein. Die Beheizung erfolgt z.B. mittels Heisswasser-Kreislauf mit einer Eintrittstemperatur von circa   80"C.   



   Die Funktion des erfindungsgemässen Apparates zur Herstellung von Biogas soll anhand der Figur bei der Fermentation von Jauche näher erläutert werden:
Durch die Leitung 12   wird - vorteilhaft    mittels Pumpe 8 - Frischjauche in den unteren Teil des Gasometers (d.h. in den Fermenter) 1 bis zur gewünschten Höhe gepumpt. Dann wird der Hahn 9 am Abzugsrohr 7 geschlossen, wobei sich die Glocke 2 samt Einbauten 3 plus Siebplatten 6 und Gewicht 10 infolge der fortschreitenden Bildung von Biogas hebt. Dann wird der Hahn 9 geöffnet, wobei das Biogas durch die Leitung 7 entweicht und der Verwendung zugeführt werden kann. Hierbei senkt sich die Gaslocke 2 samt Einbauten, Siebplatten und Gewicht, im Maximum bis zu dem Punkt, wo das Gewicht 10 auf dem Sockel   11    aufsitzt.

  Bei dieser Abwärtsbewegung wird die Schwimmdecke durch die trichterförmigen Einbauten 3 zerstossen, während die Biomasse durch die Siebplatten 6 aufgewirbelt wird. Dann wird der Hahn 9 wiederum geschlossen, wodurch die Gasglocke 2 von neuem angehoben wird und die zuvor zerstossenen Schwimmdecken-Bruchstücke nach aussen in den Ringkanal 4 abgedrängt und durch das Rohr und den Syphon 5 zum Apparat hinausgefördert werden.



   Die Durchmischung der Biomasse durch die Lochplatten 6 kann durch Kolbenpumpen, Mammutpumpen usw. unterstützt werden.



   Der beschriebene Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden. Vorzugsweise erfolgen pro Tage 1-4 Hebungen und Senkungen der Glocke 2 und 1-2 Neufüllungen des Fermenterteils 1 mit Frischjauche.



   Die Wirkung der Auf- und Abbewegung der Gaslocke mit den genannten Einbauten kann durch Drehen der Gasglocke (der Apparat hat vorzugsweise kreisförmigen Quer  



  schnitt) verstärkt werden, was besonders wirksam bei wendelförmigen Einbauten in der Gasglocke ist. Dies kann maschinell von aussen oder durch die Auf- und Abbewegung sebst mit Hilfe spiralförmiger Vertikalführungen bewerkstelligt werden.



   Der erfindungsgemässe Apparat hat gegenüber vorbekannten Apparaten den Vorteil, dass er sehr einfach, effektvoll und energiesparend betrieben werden kann allein durch die Biogasbildung und keinerlei äussere mechanische Einrichtungen nötig sind.



   Das folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung (siehe Figur).



   Beispiel
Der noch leere Gasometer, bestehend aus dem Fermenterteil 1, Durchmesser 4 m, Höhe 4,3 m, Volumen 50 m3, und der Gasglocke 2, Durchmesser 3,8 m, Höhe 2 m, Volumen total 22 m3, wird via Leitung 12 mittels Pumpe 8 mit 50 m3 Frischjauche (Biomasse) bis zum Überlaufwehr am Ringkanal 4 aufgefüllt. Dann wird der Hahn 9 geschlossen und das Ganze auf   33"C    aufgeheizt, wobei die anaerobe Fermentation einsetzt. Es bildet sich hierbei Biogas, welches unter dem Druck des Gewichts der Gasglocke und deren Einbauten steht und ca. 30 mbar beträgt, und auf der Oberfläche der Jauche eine Schwimmdecke. Durch die zunehmende Menge an Biogas wird die Gasglocke 2 samt Einbauten 3, Siebplatten 6 und Gewicht 10 angehoben. Hierbei werden Bruchstücke der jetzt zerstörten Schwimmdecke in den Ringkanal 4 und von dort in Leitung und Syphon 5 abgeleitet. 

  Nun wird der Hahn 9 geöffnet. Hierbei strömt das Biogas aus. Die Glocke samt Einbauten sinkt, wobei die Schwimmdecke durch die Einbauten 3 zerstört wird. Die ganze Biomasse wird hierbei durch die Lochplatten 6 bei jeder Auf- und Abbewegung der Glocke etwas aufgewirbelt.



  Dann wird der Hahn 9 wieder geschlossen. Der Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden.



   Bei einer Einspeisung von täglich 2 m3 Frischjauche wird dasselbe Volumen fermentierte Jauche ausgestossen.



  Hierbei entstehen gleichzeitig 50-70 m3 Biogas (gemessen bei dem oben angegebenen Druck der Glocke). 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Apparat zur Herstellung von Biogas durch bakterielle, anaerobe Fermentation von Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem beheizbaren, auf dem Boden feststehenden oder in den Boden eingelassenen Fermenterteil (1) mit einem abgeschrägten Boden, welcher von einem Sockel (11) durchstossen ist und der luftdicht damit verbundenen und auf und ab beweglichen Gasglocke (2) besteht, und wobei der Fermenterteil mit einer Leitung für die Zufuhr von Biomasse (12) und mit einer Pumpe (8), ferner mit einem ringförmig um den Fermenterteil liegenden Überlaufwehr, welches einen Ringkanal (4) bildet, dessen Boden leicht geneigt ist und dessen unterster Teil in eine Leitung mit einem Syphon (5) ausläuft und mit einer durch den Hahn (9) verschliessbaren Abzapfleitung (7) für das erhaltene Biogas versehen ist, und wobei die Gasglocke (2) in ihrem Inneren Gasleit-Einbauten enthält,

   welche aus einem oder mehreren trichter- oder wendelförmigen Leitblechen (3) sowie einer oder mehreren Lochplatten (6) und einem zusätzlichen Gewicht (10) bestehen.

   Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur Herstellung von Biogas durch bakterielle, anaerobe Fermentation von Biomasse. Das Biogas besteht meist zu circa aus aus Methan und 1 aus Kohlendioxyd und hat einen ho- hen Heizwert.

   Dieser Prozess wird in den meisten Kläranlagen, vor allem in Kommunalen Kläranlagen, bei der Ausfaulung des Schlammes bereits angewendet und findet neuerdings zunehmendes Interesse in der Landwirtschaft bei der Jauchefermentation.

   Bis heute wurde diese Art der Jauchefermentation in der Regel in beheizbaren, isolierten Fermentern durchgeführt, welche mit einer Pumpe für die Speisung mit Biomasse, einem Rührwerk für die Umwälzung der Masse und das Aufbrechen der aus festen Abfällen bestehenden Schwimmdecke, des weiteren mit einer Austragsvorrichtung für die fermentierte Masse (meistens einem Überlauf) und mit einem Gasbehälter für die Speicherung des Gases vor dem Verbrauch ausgerüstet sind.

   Dabei stellt die Zerstörung der Schwimmdecke und die Entfernung der Schwimmdecken-Bruchstücke das Hauptproblem dar. Die Schwimmdecke besteht zum wesentlichen Teil aus in der Jauche befindlichem, faserrigem Pflanzenmaterial, hauptsächlich Strohresten. Man hat dieses Problem bis jetzt auf folgende Art und Weise zu lösen versucht: - Verzicht auf Einstreuung von Stroh und Gras in den Stall oder Eintragung von zerhacktem Strohmaterial, was bei der Viehhaltung natürlich sehr nachteilig ist, oder - Zerhacken der Frischjauche vor ihrer Fermentation oder - vorgängiges Abtrennen der Schwimmdecke von der Frischjauche durch Zentrifugieren oder - Aufreissen der Schwimmdecke mittels Rührer im Fermenter.

   Eine ähnliche Schwimmdecke entsteht auch, wenn anstelle von Jauche Biomasse pflanzlicher Herkunft eingesetzt wird.

   Es ist leicht ersichtlich, das alle diese zusätzlichen Massnahmen bzw. nötigen Apparate kosten-, energie- und wartungsintensiv sind und oft zu Betriebsunterbrüchen führen.

   Die genannten Probleme werden nun auf einfache Art und Weise durch Anwendung des erfindungsgemässen Apparates gelöst. Dabei wird, einzig mit Hilfe der durch die Biogasbildung entstehenden Energie, d.h. ohne äussere Einwirkung von Maschinen, die Schwimmdecke fortlaufend zerstört und deren Bruchstücke werden störungsfrei entfernt.

   Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Aparat. Er besteht aus einem beheizbaren, auf dem Boden feststehenden oder in den Boden eingelassenen Fermenterteil 1 mit einem abgeschrägten Boden, welcher von einem Sockel 11 durchstossen ist, und der luftdicht damit verbundenen und auf und ab beweglichen Gasglocke 2 wobei der Fermenterteil mit einer Leitung für die Zufuhr von Frischjauche 12 und mit einer Pumpe 8, ferner mit einem ringförmig um den Fermenterteil liegenden Überlaufwehr, welches einen Ringkanal 4 bildet, dessen Boden leicht geneigt ist und dessen unterster Teil in eine Leitung mit einem Syphon 5 ausläuft und mit einer durch den Hahn 9 verschliessbaren Abzapfleitung 7 für das erhaltene Biogas versehen ist, und wobei die Gasglocke 2 in ihrem Inneren Gasleiteinbauten enthält,

   welche aus einem oder mehreren trichter- oder wendelförmigen Leitblechen 3 sowie einer oder mehreren Lochplatten 6 und einem zusätzlichen Gewicht 10 bestehen.

   Der erfindungsgemässe Apparat kann aus den verschiedenartigsten Materialien bestehen, welche gegen die verwendete Biomasse, speziell gegen Jauche und Gase, resistent sind, wie Beton, Stahl oder Kunststoff oder Kombinationen dieser Materialien. Bevorzugtes Material ist glasfaserverstärkter Kunststoff für Apparate, die frei auf dem Boden stehen und eventuell Beton für teilweise oder ganz in den Boden versenkte Fermeterteile. Der Fermenterteil sollte gegen Wärmeverluste genügend isoliert und circa 300 mm über dem Boden mit z.B. einer Heizschlange aus Stahlrohr versehen sein. Die Beheizung erfolgt z.B. mittels Heisswasser-Kreislauf mit einer Eintrittstemperatur von circa 80"C.

   Die Funktion des erfindungsgemässen Apparates zur Herstellung von Biogas soll anhand der Figur bei der Fermentation von Jauche näher erläutert werden: Durch die Leitung 12 wird - vorteilhaft mittels Pumpe 8 - Frischjauche in den unteren Teil des Gasometers (d.h. in den Fermenter) 1 bis zur gewünschten Höhe gepumpt. Dann wird der Hahn 9 am Abzugsrohr 7 geschlossen, wobei sich die Glocke 2 samt Einbauten 3 plus Siebplatten 6 und Gewicht 10 infolge der fortschreitenden Bildung von Biogas hebt. Dann wird der Hahn 9 geöffnet, wobei das Biogas durch die Leitung 7 entweicht und der Verwendung zugeführt werden kann. Hierbei senkt sich die Gaslocke 2 samt Einbauten, Siebplatten und Gewicht, im Maximum bis zu dem Punkt, wo das Gewicht 10 auf dem Sockel 11 aufsitzt.

   Bei dieser Abwärtsbewegung wird die Schwimmdecke durch die trichterförmigen Einbauten 3 zerstossen, während die Biomasse durch die Siebplatten 6 aufgewirbelt wird. Dann wird der Hahn 9 wiederum geschlossen, wodurch die Gasglocke 2 von neuem angehoben wird und die zuvor zerstossenen Schwimmdecken-Bruchstücke nach aussen in den Ringkanal 4 abgedrängt und durch das Rohr und den Syphon 5 zum Apparat hinausgefördert werden.

   Die Durchmischung der Biomasse durch die Lochplatten 6 kann durch Kolbenpumpen, Mammutpumpen usw. unterstützt werden.

   Der beschriebene Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden. Vorzugsweise erfolgen pro Tage 1-4 Hebungen und Senkungen der Glocke 2 und 1-2 Neufüllungen des Fermenterteils 1 mit Frischjauche.

   Die Wirkung der Auf- und Abbewegung der Gaslocke mit den genannten Einbauten kann durch Drehen der Gasglocke (der Apparat hat vorzugsweise kreisförmigen Quer **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.